История становления и развития биологии

История биологии насчитывает много веков. Уже первобытным людям необходимо было иметь определенные знания о растениях и животных. В рамках общего развития естественных наук происходило и накопление знаний, ныне принадлежащих к области биологической науки. В трудах философов античности можно найти сведения биологического характера. Аристотель глубочайшим образом продумал теорию органического развития, будучи знатоком естественно-научных дисциплин, прежде всего зоологии, ботаники и связанных с ними проблем элементарных форм живого ощущения процессов жизни. Гиппократ предложил первую теорию, объясняющую инфекционные заболевания. Общий расцвет науки во времена античности сменился, как известно из истории, относительно «прохладным» периодом Средневековья, который характеризуется общим спадом в естественных науках, и в биологии в частности. По понятным причинам на данном этапе люди были знакомы лишь с представителями растительного и животного мира. Огромный толчок развитию биологии и использованию ее плодов, в частности, в медицине дало изобретение в XVII в. микроскопа голландцем А.Левенгуком. Человечество проникло в микромир, расширив свои представления о живом. Надо сказать, что сам факт существования микроорганизмов повлек за собой изменение взглядов на теорию самозарождения жизни. К. Линнеем предложена бинарная номенклатура видов – это также немаловажно, так как позволило систематизировать накопленный обширный, но весьма противоречивый фактический материал. Микроскопические исследования послужили основой для формулировки Т. Шванном и М. Шлейденом положений клеточной теории в XIX в. На рубеже XVIII–XIX вв. трудами Ж. Ламарка, А. Вейсмана, Ж. Кювье, Ч. Лайелла были заложены основы эволюционного учения, ставшего основой современной биологии. Чарльз Дарвин в своем основном труде «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859) обобщил эмпирический материал современной ему биологии и селекционной практики на основе результатов собственных наблюдений во время путешествий, кругосветного плавания на корабле «Бигль» раскрыл основные факторы эволюции органического мира. Эволюционная теория имеет огромное значение не только для биологии, но и для всех естественных наук в целом, примечательно, что эволюционная теория существовала наряду с термодинамикой, описывающей по существу совершенно противоположные процессы. Второе начало термодинамики предсказывает миру все более однообразное будущее, рассеяние и деградацию энергии, упрощение структур. Эволюционная теория, напротив, провозглашает возможность образования сложного из простого, все усложняющееся развитие. Разрешить этот парадокс смогли лишь в XX в. Биология пришла как мощная и разветвленная область научного знания, дифференцирующаяся на ряд дочерних дисциплин, обретших статус полновесных самостоятельных областей. XX в. ознаменовался бурным развитием генетики, селекции, экологии, молекулярной биологии и ряда других дисциплин. В настоящее время на стыке биологических дисциплин с другими областями знаний возникают новые отрасли науки, такие как космическая биология и др.

2 Понятие о жизни и живых системах. Уровни организации жизни. Свойства живого.

Что такое жизнь?
Одно из определений более 100 лет назад дал Ф. Энгельс: " Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел " В это определение вошли два важных положения:

1. жизнь тесно связана с белками

2. непременное условие жизни - постоянный обмен веществ, с прекращением которого прекращается и жизнь.

Изучение свойств объектов живой природы показало, что жизнь связана со сложным коллоидным состоянием протопласта (содержимого клетки), для которого характерны обмен веществ и энергии, обусловленные реализацией наследственной информации, заключенной в нуклеиновых кислотах. Живые системы от клетки до биосферы в целом представляют собой системы, ассимилирующие энергию из внешней среды таким образом, что могут активно противостоять разрушению сложившейся организованности, т.е. противостоять процессу, характерному для всех тел неорганической природы.
По современным представлениям, жизнь - это способ существования открытых коллоидных систем, обладающих свойствами саморегуляции, воспроизведения и развития на основе геохимического взаимодействия белков, нуклеиновых кислот других соединений вследствие преобразования веществ и энергии из внешней среды.
Живые системы обладают рядом общих свойств и признаками, которые отличают их от неживой природы.

Молекулярный уровень организации - это уровень функционирования биологических макромолекул - биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности: обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации. Этот уровень изучают: биохимия, молекулярная генетика, молекулярная биология, генетика, биофизика.

Клеточный уровень - это уровень клеток (клеток бактерий, цианобактерий, одноклеточных животных и водорослей, одноклеточных грибов, клеток многоклеточных организмов). Клетка - это структурная единица живого, функциональная единица, единица развития. Этот уровень изучают цитология, цитохимия, цитогенетика, микробиология.

Тканевый уровень организации - это уровень, на котором изучается строение и функционирование тканей. Исследуется этот уровень гистологией и гистохимией.

Органный уровень организации - это уровень органов многоклеточных организмов. Изучают этот уровень анатомия, физиология, эмбриология.

Организменный уровень организации - это уровень одноклеточных, колониальных и многоклеточных организмов. Специфика организменного уровня в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, формирование признаков, присущих особям данного вида. Этот уровень изучается морфологией (анатомией и эмбриологией), физиологией, генетикой, палеонтологией.

Популяционно-видовой уровень - это уровень совокупностей особей - популяций и видов. Этот уровень изучается систематикой, таксономией, экологией, биогеографией, генетикой популяций. На этом уровне изучаются генетические иэкологические особенности популяций, элементарные эволюционные факторы и их влияние на генофонд (микроэволюция), проблема сохранения видов.

Экосистемный уровень организации - это уровень микроэкосистем, мезоэкосистем, макроэкосистем. На этом уровне изучаются типы питания, типы взаимоотношений организмов и популяций в экосистеме, численность популяций, динамика численности популяций, плотность популяций, продуктивность экосистем, сукцессии. Этот уровень изучает экология.

Выделяют также биосферный уровень организации живой материи. Биосфера - это гигантская экосистема, занимающая часть географической оболочки Земли. Это мега-экосистема. В биосфере происходит круговорот веществ и химических элементов, а также превращение солнечной энергии.

1. Признаки живого:
1. Обмен веществом и энергией
2. Обмен веществ – особый способ взаимодействия живых организмов со средой
3. Обмен веществ требует постоянного притока некоторых веществ и энергии из вне и выделения некоторых продуктов диссимиляции во внешнюю среду. Организм является открытой системой
4. Раздражимость – заключается в передаче информации от внешней среды к организму; на основе раздражимости осуществляется Саморегуляция и гомеостаз
5. Репродукция – воспроизведение себе подобных
6. Наследственность – поток информации между поколениями в результате чего обеспечивается преемственность
7. Изменчивость – появление новых признаков в процессе репродукции; основа эволюции
8. Онтогенез – индивидуальное развитие, реализация индивидуальной программы
9. Филогенез – историческое развитие, эволюционное развитие осуществляется в результате наследственной изменчивости, естественного отбора и борьбы за существование
10. Организмы включены в процесс эволюции

3 Разнообразие живых организмов, их классификация.

Систематика – наука, которая устанавливает взаимосвязи между живыми организмами и разрабатывает систему их классификации.

Таксоны (систематические единицы):

Растения Животные

Царство Царство

Отдел Тип

Класс Класс

Порядок Отряд

Семейство Семейство

Род Род

Вид Вид

Название вида состоит из двух слов: Название Рода и Видовой Эпитет.

Называть так живые организмы предложил Карл Линней. Это бинарная номенклатура.

5. Вторичное изучение нового материала.
Самая большая систематическая категория – царство. Современная классификация весь органический мир делит на 4 царства

Царства Живой Природы

Дробянки Растения Грибы Животные

Растения – главные производители органических веществ и кислорода на земле, большинство имеет зеленую окраску. Автотрофы.

Животные – организмы, которые питаются готовыми органическими веществами. Гетеротрофы.

Грибы – организмы, разлагающие органические остатки до перегноя и минеральных веществ. Гетеротрофы.

Дробянки – разрушают мертвые организмы до перегноя и минеральных веществ. Автотрофы и гетеротрофы.

Каждое царство включает в себя более мелкие систематические категории.

Вид – наименьшая систематическая категория, это группа особей, сходных по строению, происхождению, дающие плодовитое потомство и живущие на определенной территории.

6. Обобщение и систематизация знаний, умений и навыков.
Пример систематического описания растения:

Царство Растения

Отдел Цветковые

Класс Двудольные

Порядок Норечниковые

Семейство Пасленовые

Род Петония

Вид Петония гибридная

4 Царства органического мира, типичные представители, особенности распространения.

Вирусы - имеют неклеточное строение. Кое кто их даже относит к белковым кристаллам.
Бактерии - прокариоты: в клетке нет ядра и других органелл (кроме рибосом). Генотип находится в одной хромосоме, представленной кольцевой ДНК
Все остальные эукариоты - у них есть ядро
Растения - клетка покрыта оболочкой из целлюлозы, в клетке есть пластиды, запасное питательное вещество - крахмал
Грибы - клетка покрыта оболочкой из хитина, гетеротрофное питание. Тело представлено мицелием, между клетками которого исчезли перегородки. Так что мицелий - это как бы одна единая клетка. Размножение спорами. Запасное питательное вещество - гликоген.
Животные. Гетеротрофы, клетка не имеетклеточной стенки и пластид. Запасное пит. вещество – гликоген

5 Охрана биологических объектов.

Число населяющих Землю видов, для которых установлена таксономическая принадлежность, составляет около 1,5 млн, но их, вероятно, гораздо больше (по разным оценкам – от 5 до нескольких десятков миллионов), поскольку видовой состав многих групп организмов изучен недостаточно.

Каждый биологический вид хранит информацию о развитии жизни на нашей планете, он неповторим. Исчезновение хотя бы одного вида – большая утрата для биосферы.

Охрана природы изначально была тесно связана с охотой, ведь сама необходимость охраны природы (в частности, животных) стала результатом охотничьего промысла. Первые признаки отрицательного воздействия человека на природу проявились уже 10-15 тыс. лет назад. Особенно наглядно этот процесс обозначился в Северной и Южной Америке, куда человек проник через Берингов пролив и вскоре истребил гигантских ленивцев, медведей, львов, волков, бизонов, мастодонтов, мамонтов и ряд гигантских хищных птиц.

Охрана природы в мировом сообществе. В результате исчезновения и резкого сокращения численности многих видов животных и растений появились понятия: редкий, исчезающий, находящийся под угрозой исчезновения вид. Специалисты, используя строго научные данные, решают, что следует предпринять для спасения тех или иных видов, согласуют планы охранных мероприятий с правительствами разных стран. Информация о состоянии редких и истребляемых видов послужила основой для создания Международной Красной книги, первый том которой был выпущен в 1966 г. В Красную книгу заносятся животные и растения по следующим категориям.

Ех (0). Виды, по-видимому, исчезнувшие – не встреченные в природе в течение ряда лет, но, возможно, сохранившиеся в отдельных недоступных местах или сохранившиеся в культуре.

Е (1). Исчезающие виды – находятся под угрозой исчезновения (виды, подвергающиеся непосредственной опасности вымирания, дальнейшее их существование невозможно без осуществления специальных мер охраны).

R (2). Редкие виды – встречаются в таком небольшом количестве либо в таких ограниченных по площади и специализированных местах обитания, что могут быстро исчезнуть.

V (3). Сокращающиеся виды – еще встречаются в количествах, достаточных для выживания, но численность их неуклонно сокращается, а ареал сужается по различным причинам.

I (4). Неопределенные виды – возможно, находящиеся под угрозой исчезновения. Недостаточность информации не позволяет достоверно оценить их состояние. Эти виды перечисляются в конце книги.

(5). Восстановленные виды – виды, которые ранее входили в состав одной из трех первых категорий, но благодаря принятым мерам численность их была восстановлена.

Некоторые виды не внесены в Международную Красную книгу, но являются редкими или исчезающими для отдельных государств, поэтому данная проблема должна рассматриваться не только в глобальном, международном масштабе, но и в пределах каждой страны.

Одна из задач организаций по охране природы – изучение состояния видов, находящихся на грани исчезновения, и разработка мер по их охране. Среди крупнейших международных природоохранных организаций можно упомянуть Международное общество охраны фауны и флоры (было основано как Общество защиты дикой фауны Британской империи в 1903 г.), Международный совет защиты птиц (основан в 1922 г., ныне – BirdLife International), Всемирный союз охраны природы (МСОП, основан в 1948 г.) и Всемирный фонд дикой природы (WWF, основан в 1961 г., имеет отделения в 30 странах).

Всемирный союз охраны природы (МСОП) представляет собой объединение правительственных и общественных организаций, отдельных ученых и экспертов. В настоящее время в нем состоят 83 государства, 110 государственных организаций, свыше 800 неправительских организаций. В задачи МСОП входит контроль за состоянием экосистем и видов на Земле, планирование природоохранных мероприятий как на стратегическом уровне, так и на уровне отдельных программ. МСОП издает Красную книгу, в которой учитываются (берутся под охрану) исчезающие и редкие виды.

6 Химический состав клетки. Химические элементы, неорганические вещества, органические соединения клетки, их строение, биологическое значение.

Организмы состоят из клеток. Клетки разных организмов обладают сходным химическим составом. В таблице 1 представлены основные химические элементы, обнаруженные в клетках живых организмов.

Таблица 1. Содержание химических элементов в клетке

Элемент	Количество, %	Элемент	Количество, %
Кислород	65-75	Кальций	0,04-2,00
Углерод	15-18	Магний	0,02-0,03
Водород	8-10	Натрий	0,02-0,03
Азот	1,5-3,0	Железо	0,01-0,015
Фосфор	0,2-1,0	Цинк	0,0003
Калий	0,15-0,4	Медь	0,0002
Сера	0,15-0,2	Иод	0,0001
Хлор	0,05-0,10	Фтор	0,0001

По содержанию в клетке можно выделить три группы элементов. В первую группу входят кислород, углерод, водород и азот. На их долю приходится почти 98% всего состава клетки. Во вторую группу входят калий, натрий, кальций, сера, фосфор, магний, железо, хлор. Их содержание в клетке составляет десятые и сотые доли процента. Элементы этих двух групп относят к макроэлементам (от греч. макрос - большой).

Остальные элементы, представ ленные в клетке сотыми и тысячными долями процента, входят в третью группу. Это микроэлементы (от греч. микро - малый).

Часть химических элементов, содержащихся в клетке, входит в со став неорганических веществ - минеральных солей и воды.

Минеральные соли находятся в клетке, как правило, в виде катионов (К⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) и анионов (HPO^2-/4, H₂PO^-/4, СI^-, НСО₃), соотношение которых определяет важную для жизнедеятельности клеток кислотность среды.

(У многих клеток среда слабощелочная и ее рН почти не изменяется, так как в ней постоянно поддерживается определенное соотношение катионов и анионов.)

Из неорганических веществ в живой природе огромную роль играет вода.

Вода - хороший растворитель. Благодаря полярности ее молекулы взаимодействуют с положительно и отрицательно заряженными ионами, способствуя тем самым растворению вещества. По отношению к воде все вещества клетки делятся на гидрофильные и гидрофобные.

Гидрофильными (от греч. гидро - вода и филео - люблю) называют вещества, которые растворяются в воде. К ним относят ионные соединения (например, соли) и некоторые неионные соединения (например, сахара).

Гидрофобными (от греч. гидро - вода и фобос - страх) называют вещества, нерастворимые в воде. К ним относят, например, липиды.